工业过程控制计算机系统的软件架构设计及开发
DCS控制系统
DCS控制系统具有数据采集与处理、顺序控制、回路控制、联锁保护、报警处理、 历史数据存储与检索等功能，可实现对生产过程的全面监控和管理。
应用领域及市场需求
应用领域
DCS控制系统广泛应用于石油、化工、电力、冶金、造纸等流 程工业领域，以及水处理、环保等市政领域。
市场需求
随着工业自动化程度的不断提高和智能制造的快速发展，DCS 控制系统的市场需求不断增长。未来，DCS控制系统将更加注 重智能化、网络化、安全性等方面的发展，以满足不同行业的 需求。
故障诊断与排除技巧分享
故障识别 通过观察指示灯、报警信息和系统日志
等，快速定位故障点。
排除故障
根据故障原因，采取相应的措施进行 排除，如更换硬件、修改软件配置、
检查通讯线路等。
分析原因
运用专业知识，分析故障产生的可能 原因，如硬件故障、软件bug、通讯 故障等。
经验总结
记录故障现象、分析过程和解决方法， 形成故障案例库，供以后参考。
网络通讯设备配置
通讯协议
通讯接口
通讯速率
冗余配置
支持Modbus、 Profibus、Ethernet/IP 等多种标准通讯协议。
提供RS232、RS485、 以太网等接口，方便与 其他设备或上位机连接。
根据实际需求选择合适 的通讯速率，确保数据 传输的实时性和稳定性。
可采用双网冗余配置， 提高网络通讯的可靠性。
学员心得体会分享
1 2
加深了对DCS控制系统的理解 通过本次课程的学习，我对DCS控制系统的基本 概念、硬件组成和软件设计有了更深入的理解。
提高了实际操作能力 通过课程中的实验环节，我掌握了DCS控制系统 的基本操作方法，提高了实际操作能力。
DCS的体系结构及构成
电气监控系统
• FSSS furnace safeguard supervisory system 炉膛安全监控系统
• BMS burner management system 燃烧器管理系统
• SOE sequence of event recorder 事件顺序记录仪
• MFT main fuel trip
4、热控常用术语缩写:
• DCS distributed control system
分散控制系统
• DAS data acquisition system
数据采集系统
• SCS sequence control system
顺序控制系统
• ECS electrical control system
工业总线I/OBus 10Mb/s Modbus+
现场总线F-Net 1Mb—10Mb/s IEC802.3u，第三方协议
信息管理级
中央监控级
过程控制级 现场设备级 传感器，执行器级
2.2 过程控制级 过程控制级主要由现场控制站DPU（Distributed Control Unit）和I/O数
据采集站构成。一般在电厂中，把现场控制站和数据采集站集中安装在位于主 控室后的电子设备室中。
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逻辑加法器
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High/Low Limiter
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高/低限幅
•
Time Function Generator
•
时间函数发生器
•
High Selector
•
高选
•
Low Selector
•
低选
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High Signal Limiter
•
基于PLC工业控制系统设计与实现
基于PLC的工业控制系统的设计与实现摘要：随着社会的进步，科技文化日新月异，现在的很多企业已经逐渐学会利用科技所带来的便利了，可编程逻辑控制器（plc）就是科技发展所带来的成果，它是一种新型的数字运算操作的电子设备，被人们广泛的应用于工业环境之中。
笔者结合多年的实践经验，结合理论，介绍了一个基于plc的工业控制系统是如何设计和被实现的，本文所述的工业控制系统主要就是使用了集散式控制结构，一台plc对应于一个单独的工位，负责对其工位上的相关设施进行操控。
关键词：plc；集散式控制；技术分析中图分类号： c931文献标识码：a 文章编号：前言工业控制技术要运用到很多的技术，其中包含有控制理论、计算机、仪器仪表和其它相关的信息技术，它能够对工业生产过程实现控制、检测、调度、优化、管理和决策，以期能够实现降低消耗、增加产量、确保安全、提高质量等目的的复合型技术。
plc的中文全称是可编程逻辑控制器，简称plc，plc是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
plc及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
本文主要是要分析、研究整个生产线控制系统的控制系统硬件模块和软件模块相关技术。
一、可编程逻辑控制器技术特点plc的特点如下1、特别容易被工程技术人员学会现在工程技术人员学习新生事物可能比较困难，但是plc技术却避免了这样一个问题，它的操作比较简单，很容易让工程技术人员掌握、操作。
plc要在工矿企业中使用首先一定凭借工业控制计算机这一设备。
而工业控制计算机本身的接口是很容易的，在这上面编程也是很容易被工程技术人员掌握。
2、能够抵抗干扰，比较可靠plc技术要对电气设备等进行控制，它的可靠性和抗干扰性就是很重要的。
驱控一体化工业机器人控制系统研究及软件开发
一、背景和意义
三、软件功能
5、远程监控：通过无线网络连接，用户可以实时监控机器人的运行状态，并 进行远程控制。
四、使用步骤
四、使用步骤
1、安装软件：用户可以从卓一公司的官方网站下载安装包，按照提示进行安 装。
2、设备连接：将工业机器人与电脑通过专用线缆连接，并确保设备通电。
四、使用步骤
3、参数设置：打开软件，根据实际需要对各项参数进行设置。 4、程序编写：根据需要编写控制程序，实现对机器人的控制。
二、软件特点
2、灵活性：软件提供丰富的功能模块，用户可以根据实际需求进行选择和组 合，实现个性化的机器人控制。
二、软件特点
3、易用性：软件界面友好，操作简单，方便用户快速上手。 4、开放性：卓一工业机器人控制系统软件支持多种主流的工业机器人品牌和 型号，具有良好的兼容性。
三、软件功能
三、软件功能
驱控一体化工业机器人控制 系统研究及软件开发
01 引言
03 研究方法
目录
02 文献综述 04 参考内容
引言
引言
随着工业自动化的快速发展，工业机器人控制系统在生产过程中扮演着越来 越重要的角色。驱控一体化工业机器人控制系统作为一种先进的控制系统，将驱 动器和控制器集成在一起，具有结构紧凑、响应速度快、精度高等优点。本次演 示旨在探讨驱控
引言
一体化工业机器人控制系统的研究及软件开发，旨在提高工业机器人的性能 和可靠性。
文献综述
工业控制系统架构课件
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外部威胁
工业控制系统可能面临来 自外部的多种威胁，如网 络攻击、病毒传播、黑客 入侵等。
内部威胁
工业控制系统也可能受到 来自内部的威胁，如内部 人员误操作、非法访问和 恶意软件感染等。
数据泄露风险
工业控制系统的数据传输 和存储过程中可能存在数 据泄露的风险，需要采取 措施确保数据的安全性。
缺点
随着系统规模扩大，集中式架构 可能面临性能瓶颈和安全风险， 中央控制器容易成为攻击的目标。
分散式架构
优点
分散式架构将系统划分为多个独立的子系统，每个子系统具有一定的自治能力，能够减轻中央控制器的负担。
缺点
分散式架构增加了系统的复杂性，可能面临通信延迟和协同问题。
分布式架构
优点
分布式架构将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有完整的自治能力，能 够实现并行处理和负载均衡。
RTOS能够根据优先级调度和时间片轮转等方式，对系统资源进行合理分配，确保实 时任务的执行。
RTOS还提供了丰富的中间件和应用程序接口，方便开发者进行应用程序的开发和集 成。
控制算法
控制算法是工业控制系统中最 为核心的部分，用于实现系统 的控制逻辑。
常用的控制算法包括PID控制、 模糊控制、神经网络控制等， 根据不同的应用场景选择合适 的控制算法。
案例五：工业控制系统的数据可视化解决方案
总结词
数据可视化是工业控制系统中的重要环节，通过数据 可视化可以更好地理解工业控制系统的运行状态和性 能指标。
详细描述
工业控制系统的数据可视化解决方案主要包括数据采 集、数据处理和数据展示三个环节。数据采集主要是 通过传感器和其他设备对工业控制系统的运行数据进 行采集和传输。数据处理则是对采集到的数据进行处 理和分析，提取出有用的信息和指标。数据展示则是 将处理后的数据通过图形、表格等方式展示出来，以 便更好地理解工业控制系统的运行状态和性能指标。
过程控制系统的设计与实现
过程控制系统的设计与实现随着工业自动化的不断提高和科技的不断发展，越来越多的企业和生产厂家开始采用过程控制系统，以提高生产效率和产品质量。
过程控制系统是指利用计算机、传感器等技术手段对工艺流程进行实时监测和控制的系统。
本文将着重讨论过程控制系统的设计与实现过程。
具体内容如下：一、需求分析进行过程控制系统的设计与实现，需要首先进行需求分析。
需求分析主要包括以下几个方面：1.生产需求：明确生产厂家的生产要求和目标，制定相应的生产计划。
2.设备要求：确定所需的硬件设备、软件系统及其规格和参数。
3.控制策略：根据生产需求和设备要求，确定相应的控制策略和规则。
4.安全性：保障系统的安全性和可靠性，防止系统被外界攻击或故障。
在需求分析阶段，我们需要与生产厂家充分沟通，了解其需求和要求，制定相应的控制方案，并确定相应的设计方向和目标。
二、系统设计在需求分析阶段完成后，需要对过程控制系统进行系统设计。
系统设计主要包括以下几个步骤：1.系统架构：确定过程控制系统的总体架构，包括硬件、软件和网络架构等。
2.功能设计：确定系统要实现的功能和特性，如控制、监测、报警等。
3.软件设计：设计系统所需要的软件，包括编写代码、测试程序、编写文档等。
4.硬件设计：根据系统架构和功能要求，设计硬件系统，选择合适的传感器、执行器、控制器等等。
5.集成测试：将软件、硬件、网络等各个部分进行集成测试，确保系统能够正常运行。
在系统设计阶段，需要充分考虑系统的可扩展性、灵活性和稳定性等要求。
三、系统实现系统实现是指将以上设计方案付诸实践的过程。
系统实现主要包括以下几个步骤：1.硬件搭建：根据设计方案，选择合适的硬件设备并进行搭建。
2.软件编码：根据设计方案，编写相应的代码并进行调试。
3.测试和调试：对已实现的系统进行测试和调试，确保系统能够正常运行。
4.安装和调试：将系统安装到实际生产环境中，并进行调试和实验，确保系统能够满足生产需求。
在系统实现阶段，需要根据系统设计方案进行具体实现，并进行现场实验和调试，确保系统能够正常运行。
工业自动化中的自动化控制系统架构
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传感器是自动化控制系统中用 于检测被控对象状态和参数的
设备。
传感器的种类繁多，包括温度 传感器、压力传感器、流量传
感器、位移传感器等。
传感器的精度和可靠性直接影 响到控制系统的性能，因此选 择合适的传感器非常重要。
传感器通常需要与控制器进行 通信，将检测到的数据传输给
控制器进行处理。
提升企业竞争力
自动化控制系统能够提升 企业的生产能力和管理效 率，增强企业的市场竞争 力。
自动化控制系统的发展历程
模拟控制阶段
早期的自动化控制系统采用模 拟信号传输方式，控制精度和
稳定性较低。
数字控制阶段
随着计算机技术的发展，数字 控制技术逐渐取代模拟控制， 提高了控制精度和稳定性。
计算机集成制造阶段
特点
自动化控制系统具有高精度、高可靠性、快速响应等特点， 能够满足现代工业生产对高效、安全、环保等方面的要求。
自动化控制系统的重要性
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提高生产效率
自动化控制系统能够实现 生产过程的自动化和智能 化，提高生产效率，降低 生产成本。
保证产品质量
自动化控制系统能够实现 精准控制和实时监测，保 证产品质量和稳定性。
的设备。
通讯设备包括各种通讯电缆、 通讯接口模块、通讯转换器等
。
通讯设备的性能和稳定性对于 整个自动化控制系统的信息传 输至关重要。
常见的通讯协议包括Modbus 、Profibus、EtherNet/IP等， 通讯设备的选择应与控制系统 的通讯协议相匹配。
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自动化控制系统软件
操作系统
实时操作系统
工业自动化中的自动化控制系统 架构
工业自动化软件系统技术及其发展
工业自动化软件系统技术及其发展【摘要】随着科技的进步，工业自动化软件技术正朝着智能化的方向发展，网络化和集成化方向也随之快速发展，在网络环境下运行复杂的系统，在网上实现复杂系统的优化控制与管理已是指日可待。
本文从软件系统技术发展的角度对此做出讨论。
【关键词】工业自动化软件系统优化控制一、引言近年来，传统自动化技术与计算机技术加快了其进程，it技术快速进入工业自动化系统的各个层面，并改变了自动化系统长期以来不能与it技术同步增长的局面。
基于internet技术的it包括：windowspc、webtechnology、ethernet、security等技术，其中的任何一项都会推动工业自动化系统新的发展。
美国一家电气公司顺应市场，抓住机遇，不断创新，推出了it动力自动化系统，从而推动了工业自动化系统的快速发展。
二、自动化软件发展历史从20世纪80年代初期诞生至今，自动化软件已经有了20年的发展历史：: 80年代的组态软件，像on spec、paragon 500等早期的fix等都运行在磁盘操作系统（dos）环境下，图形界面的功能不是很强，软件中包含着大量的控制算法，这是因为dos具有很好的实时性；90年代，随着微软的windows 3.0风靡全球，以国外某家公司为代表的人机界面软件开创了windows下运行工控软件的先河。
2.1工业自动化软件的网络化由于工业自动化软件间的信息交互越来越多，需要在单台机器上实现对多台机器上的软件系统进行集中远程管理的功能，因此网络化的管理也是自动化软件的发展方向。
更随着网络的多样性与数据的分散的性质，工业自动化软件正朝着信息总线的方向发展，信息总线的方式改变了过去需要将数据集中采集和处理的观念，类似于在数据监控层上铺设一条信息总线，再由各个子系统链接在该信息总线上，这样就能够实现各个系统间的相互通讯，实现了监控系统的全分布。
2.2从集中自动化到分布式自动化传统的工业自动化系统都采用具有集中运算能力的中央控制器，按照传统的软件技术，软件程序是面向过程的，编制面向过程的程序十分复杂，需要做大量程序编制的开发工作；同时，微软公司的windows平台也提供了com/dcom技术，为实现分布式自动化提供了技术基础。
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·30· 钢 铁 技 术2010年第3期 ·自动化·
工业过程控制计算机系统的软件架构设计及开发
宋萍
(中冶赛迪公司/国家钢铁冶炼装备系统集成工程技术研究中心， 重庆，401122)
【摘 要】工业过程控制计算机系统已经普遍应用于钢铁企业生产的各个环节之中，工业过程控制计算机系统在
保证其硬件设备及硬件系统结构的开放性和可靠性以外，采用合理的软件系统架构设计对于系统的开放性、可靠性、
实用性和先进性至关重要。
【关键词】工业过程控制计算机系统 软件架构 工程应用
近年来，随着计算机网络技术、信息管理技术和工业控制技术的发展，工业过程控制计算机系统已经普遍应用于钢铁企业生产的各个环节之中。
连续复杂的钢铁冶金生产线，要求配套的控制计算机系统具有很好的实时性和可靠性，产品的高质量控制和新产品的不断开发又要求控制计算机系统具有很好的开发性和可维护性，因此，工业过程控制计算机系统在保证其硬件设备及硬件系统结构的开放性和可靠性以外，采用合理的软件系统架构设计对于系统的开放性、可靠性、实用性和先进性至关重要。
1 工业过程控制计算机系统的软件特点
工业过程控制计算机系统需要实现正确的实时数据跟踪和生产操作设定，为了实现这一目标，系统通常需要采集大量的实时数据、进行高效的在线数学模型计算、并完成实时的生产数据设定；同时，由于不同工艺控制对象的生产建设要求，某些过程控制系统可能面临统一设计、分步开发实现的问题。
此外，在过程控制计算机系统调试完毕、交付用户操作使用以后，系统维护人员可能还会根据现场生产条件的变化，对过程控制计算机软件进行局部的维护、对一些模型控制参数进行调整和不断优化。
对工业控制而言，相似工艺流程的过程控制思想是可以借鉴和继承的，因此，从软件开发的角度，要求过程控制系统软件可以继承或者再利用，以提高生产效率。
以上的系统应用要求决定了工业过程控制系
统的软件应该具有以下特点：
·数据采集实时性好、可靠性高；
·数学模型计算数据获取快、计算周期时间短；
·控制软件在不影响、或尽量少影响现有生
·产的条件下，便于二次开发和扩展；
·软件开放性好，便于维护人员修改；
·数学模型软件便于维护，便于生产人员调节模型计算或控制参数。
·软件系统架构设计科学，具备可移植性。
为了应对以上的系统要求，我们设计了符合软件结构化分层设计先进理念的过程控制软件架构。
2 工业过程控制计算机系统的软件架构
为便于维护、管理、开发和推广应用，本软件系统建立在Microsoft系统平台上，采用NET FRAMEWORK的框架程序设计思想，后台程序和前台画面都采用标准的Microsoft Visual C#高级语言开发，数据库采用目前市场上流行的通用大型数据库，如ORACEL和SQL SERVER。
整个程序结构采用二层设计，即前台画面和后台程序分别开发，两层之间的交接界面是数据库。
为保证前后台软件的同步协调和完整性，系统引用
2010年第3期 钢 铁 技 术·31·
了支持同异步信息处理的MSMQ消息驱动机制[1]。
前台画面的功能设计定位于数据的显示和人机交互界面，前台画面着重解决的是满足生产操作要求的、友好的数据显示，同时实时把系统操作人员的人工干涉数据传递给后台软件处理。
后台软件根据过程控制的不同功能，把完整的系统功能细分为不同的功能组件（Application），比如基础自动化数据通讯Application、MES数据
通讯Application、数据采集、跟踪和设定Application、模型计算Application等。
不同的
功能用不同的组件软件实现，这样，当某个功能需要修改或维护时，只需要修改对应的组件软件，避免了不同组件的调试干扰，灵活适应系统功能的扩展和开发调试，提高了系统的可靠性。
同时，所有Application在多任务的系统平台上运行，提高了
控制系统的响应处理时间。
为保证所有组件软件的协调同步，同样采用了异步信息处理的MSMQ消息
驱动机制，以保证整个控制系统的完整。
在后台软件中，模型计算常常需要检索大量的实时数据，并频繁进行计算以实时反映控制对象的生产状况。
如果模型软件频繁访问数据库，将会大大降低系统的实时性，并会由于检索数据的庞大而耗费CPU和内存资源，严重时甚至会导致整个控制系统的崩溃。
因此，为了保证系统的稳定性和实时性，我们利用.NET REMOTING 技术[2]，开发了内存数据实时共享平台软件。
模型Application和数据采集跟踪Application的数据交换通过该平台进行，所有模型计算的数据交换都只需直接访问服务器内存，不访问磁盘数据库，大大减少了系统资源的占用，保证了软件系统平均负荷<50%和所有Application的稳定运行。
3 软件架构的工程应用
本软件架构设计已经实现于我公司开发的过程控制计算机系统中，并已大量运用到工程实践，以下为两个实例：
实例1：
图1为加热炉过程控制计算机系统的软件架构，此系统已经成功投用到我公司承担的几十项加热炉工程中，系统性能稳定，使用效果很好。
实例2：
图2为原料场过程控制计算机系统的软件架构，此系统已经开发完毕，目前已在某工程现场投入使用。
4 结语
通过采用这种组件式、分层设计的软件架构设计，工业过程控制计算机系统的软件更加可靠，充分保证了开发系统的实时性、可扩展性及可维护性，方便了软件开发人员团体协作；同时，极大地简化了软件维护人员的工作，降低了软件维护和二次开
发的难度，深受用户的欢迎。
图
1 加热炉过程计算机软件架构图
图2 原料场过程计算机软件架构图
参考文献
[1] 《.NET框架程序设计（修订版）》（美）Jeffrey Richter
著 李建忠译 2004
[2] 《C＃高级编程(第4版)》（美）内格尔 等编著，李敏
波 翻译 2006
（收稿日期：2010－06－03）。